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什么是K型熱電偶?

文章作者:深圳市聚利興儀器有限公司    時間:2015/6/1 15:32:02

K型熱電偶作為一種溫度傳感器,K型熱電偶通常和顯示儀表,記錄儀表和電子調節器配套使用。K型熱電偶可以直接測量各種生產中從0℃到1300℃范圍的液體蒸汽和氣體介質以及固體的表面溫度。


K型熱電偶通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成。


K型熱電偶是目前用量最大的廉金屬熱電偶,其用量為其他熱電偶的總和。K型熱電偶絲直徑一般為1.2~4.0mm。


正極(KP)的名義化學成分為:Ni:Cr=90:10,負極(KN)的名義化學成分為:Ni:Si=97:3,其使用溫度為-200~1300℃。


K型熱電偶具有線性度好,熱電動勢較大,靈敏度高,穩定性和均勻性較好,抗氧化性能強,價格便宜等優點,能用于氧化性惰性氣氛中廣泛為用戶所采用。


K型熱電偶不能直接在高溫下用于硫,還原性或還原,氧化交替的氣氛中和真空中,也不推薦用于弱氧化氣氛。



測溫原理


熱電偶測溫必須由熱電偶、連接導線及顯示儀表三部分組成。下圖是最簡單的熱電偶測溫示意圖。



按右圖組成的熱電偶蕊及測溫電偶絲1 ,如果將熱電偶的熱端加熱,使得冷、熱兩端的溫度不同,則在該熱電偶回路中就會產生熱電勢,這種物理現象就稱為熱電現象(即熱電效應)。在熱電偶回路中產生的電勢由溫差電勢和接觸電勢兩部分組成。接觸電勢:它是兩種電子密度不同的導體相互接觸時產生的一種熱電勢。當兩種不同的導體A和B相接觸時,假設導體A和B的電子密度分別為Na和Nb并且Na>Nb,則在兩導體的接觸面上,電子在兩個方向的擴散率就不相同,由導體A擴散到導體B的電子數比從B擴散到A的電子數要多。導體A失去電子而顯正電,導體B獲得電子而顯負電。因此,在A、B兩導體的接觸面上便形成一個由A到B的靜電場,這個電場將阻礙擴散運動的繼續進行,同時加速電子向相反方向運動,使從B到A的電子數增多,最后達到動態平衡狀態。此時A、B之間也形成一電位差,這個電位差稱為接觸電勢。此電勢只與兩種導體的性質相接觸點的溫度有關,當兩種導體的材料一定,接觸電勢僅與其接點溫度有關。溫度越高,導體中的電子就越活躍,由A導體擴散到B導體的電子就越多,接觸面處所產生的電動勢就越大,即接觸電勢越大。


特點


簡介

檢出(測溫)元件熱電偶是工業上最常用的溫度檢測元件之一。必須配二次儀表,其優點是:

①測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸,不受中間介質的影響。

②測量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可連續測量,某些特殊熱電偶最低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻),最高可達+2800℃(如鎢-錸)。

③構造簡單,使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成,而且不受大小和開頭的限制,外有保護套管,用起來非常方便。

2根據溫度測量范圍及精度,選用相應分度號的熱電偶

使用溫度在1300~1800℃,要求精度又比較高時,一般選用B型熱電偶;要求精度不高,氣氛又允許可用鎢錸熱電偶,高于1800℃一般選用鎢錸熱電偶;使用溫度在1000~1300℃要求精度又比較高可用S型熱電偶和N型熱電偶;在1000℃以下一般用K型熱電偶和N型熱電偶,低于400℃一般用E型熱電偶;250℃下以及負溫測量一般用T型電偶,在低溫時T型熱電偶穩定而且精度高。

測量范圍及允許誤差范圍

熱電偶類別

代號

分度號

測量范圍

基本誤差限

鎳鉻-康銅

WRK

E

0-800℃

±0.75%t

鎳鉻-鎳硅

WRN

K

0-1300℃

±0.75%t

注:t為感溫元件實測溫度值(℃)電場強度越高,因而接觸電勢也就越大。這樣將1產生的溫差熱電勢通過連接導線2在顯示儀表3中顯示出來。

時間常數

熱惰性級別

時間常數(秒)

熱惰性級別

時間常數(秒)

90-180

10-30

30-90

<10

熱電偶公稱壓力:一般是指在工作溫度下保護管所能承受的靜態外壓而破裂。

熱電偶 最小插入深度:應不小于其保護套管外徑的8-10倍(特列產品例外)

絕緣電阻:當周圍空氣溫度為15-35℃,相對濕度<80%時絕緣電阻≥5兆歐(電壓100V)。具有防濺式接線盒的熱電偶,當相對溫度為93± 3℃ 時,絕緣電阻≥0.5兆歐(電壓100V)

高溫下的絕緣電阻:K型
電偶在高溫下,其熱電極(包括雙支式)與保護管以及雙支熱電極之間的絕緣電阻(按每米計)應大于下表規定的值。

規定的長時間使用溫度(℃)

試驗溫度(℃)

絕緣電阻值(Ω)

≥600

600

72000

≥ 800

800

25000

≥1000

1000

5000

度表

溫度單位:℃ 電壓單位:mV) 參考溫度點:0℃(冰點)

溫度

0

-10

-20

-30

-40

-50

-60

-70

-80

-90

-95

-100

-200 

-5.8914 

-6.0346 

-6.1584 

-6.2618 

-6.3438 

-6.4036 

-6.4411 

-6.4577 





-100 

-3.5536 

-3.8523 

-4.1382 

-4.4106 

-4.669

-4.9127 

-5.1412 

-5.354

-5.5503 

-5.7297 

-5.8128 

-5.8914 

0

0

-0.3919 

-0.7775 

-1.1561 

-1.5269 

-1.8894 

-2.2428 

-2.5866 

-2.9201 

-3.2427 

-3.3996 

-3.5536 

溫度

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

95

100

0

0

0.3969

0.7981

1.2033

1.6118

2.0231

2.4365

2.8512

3.2666

3.6819

3.8892

4.0962

100

4.0962

4.5091

4.9199

5.3284

5.7345

6.1383

6.5402

6.9406

7.34

7.7391

7.9387

8.1385

200

8.1385

8.5386

8.9399

9.3427

9.7472

10.1534 

10.5613 

10.9709 

11.3821 

11.7947 

12.0015 

12.2086 

300

12.2086 

12.6236 

13.0396 

13.4566 

13.8745 

14.2931 

14.7126 

15.1327 

15.5536 

15.975

16.186

16.3971 

400

16.3971 

16.8198 

17.2431 

17.6669 

18.0911 

18.5158 

18.9409 

19.3663 

19.7921 

20.2181 

20.4312 

20.6443 

500

20.6443 

21.0706 

21.4971 

21.9236 

22.35

22.7764 

23.2027 

23.6288 

24.0547 

24.4802 

24.6929 

24.9055 

600

24.9055 

25.3303 

25.7547 

26.1786 

26.602

27.0249 

27.4471 

27.8686 

28.2895 

28.7096 

28.9194 

29.129

700

29.129

29.5476 

29.9653 

30.3822 

30.7983 

31.2135 

31.6277 

32.041

32.4534 

32.8649 

33.0703 

33.2754 

800

33.2754 

33.6849 

34.0934 

34.501

34.9075 

35.3131 

35.7177 

36.1212 

36.5238 

36.9254 

37.1258 

37.3259 

900

37.3259 

37.7255 

38.124

38.5215 

38.918

39.3135 

39.708

40.1015 

40.4939 

40.8853 

41.0806 

41.2756 

1000 

41.2756 

41.6649 

42.0531 

42.4403 

42.8263 

43.2112 

43.5951 

43.9777 

44.3593 

44.7396 

44.9293 

45.1187 

1100 

45.1187 

45.4966 

45.8733 

46.2487 

46.6227 

46.9955 

47.3668 

47.7368 

48.1054 

48.4726 

48.6556 

48.8382 

1200 

48.8382 

49.2024 

49.5651 

49.9263 

50.2858 

50.6439 

51.0003 

51.3552 

51.7085 

52.0602 

52.2354 

52.4103 

1300 

52.4103 

52.7588 

53.1058 

53.4512 

53.7952 

54.1377 

54.4788 

54.8186 






產品資料


K型熱電偶選型資料

W 

R 




規格


內容



N 





鎳鉻-鎳硅 K



K





鎳鉻-銅鎳 (鎳鉻-康銅)E





1



無固定式裝置式





2



固定螺紋式




- 

3



活動式法蘭





4



固定法蘭式





5



活動法蘭角尺形式





6



固定螺紋錐形保護管式






2


防濺式






3


防水式






4


隔爆式







0

&oslash;16mm保護管







1

&oslash;25mm保護管(雙層套管)





安裝固定形式 

接線盒形式 

2

&oslash;16mm高鋁質管(單層套管) 







3

&oslash;20mm高鋁質管







設計序號 


W 

R 

- 


ITS-90國際溫度標準(JIS C 1602-1995,ASTM E230-1996,IEC 584-1-1995)

熱電偶安裝注意點

(1)熱電偶應盡量垂直裝在水平或垂直管道上,安裝時應有保護套管,以方便檢修和更換。

(2)熱電偶的冷端應處在同一環境溫度下,應使用同型號的補償導線,且正負要接對。

(3)測量管道內溫度時,元件長度應在管道中心線上(即保護管插入深度應為管徑的一半)。

(4)溫度動圈表安裝時,開孔尺寸要合適,安裝要美觀大方。

(5)高溫區使用耐高溫電纜或耐高溫補償線。

(6)要根據不同的溫度選擇不同的測量元件。一般測量溫度大于100℃時,應選擇熱電偶,小于100℃時選擇熱電阻。

(7)接線要合理美觀,表針指示要正確。


K型熱電偶熱響應時間的測量

測量K型熱電偶的熱響應時間實際上是比較復雜的,不同的試驗條件會產生不同的測量結果,這是由于受周圍介質的換熱率影響,換熱率高,則熱響應時間就短。
為了使熱電偶的熱響應時間具有可比性,國家標準規定:熱響應時間應在專用水流試驗裝置上進行。該裝置的水流速度應保持0.4±0.05m/s,初始溫度在5-45℃的范圍內,溫度階 躍值為40-50℃。在試驗過程中,水的溫度變化應不大于溫度階躍值的±1%。被試熱電偶的置入深度為150mm或設計的置入深度。
由于熱電偶在室溫附近熱電勢很小,熱響應時間不容易測出,因此國家標準規定可采用同規格的K型熱電偶的熱電極組件替換其自身的熱電極組件,然后進行試驗。
試驗時應記錄熱電偶的輸出變化至相當于溫度階躍變化50%的時間T0.5,必要時可記錄變化10%的熱響應時間T0.1和變化90%的熱響應時間T0.9。所記錄的熱響應時間,應是同一試驗 至少三次測試結果的平均值,每次測量結果對于平均值的偏離應在±10%以內。此外,形成溫度階躍變化所需的時間不應超過被測試熱電偶的T0.5的十分之一。記錄儀器或儀表的響 應時間不應超過被試熱電偶的T0.5的十分之一。


四大定律

1,均質導體定律

熱電偶絲由同一種均質材料(導體或半導體)兩端焊接組成閉合回路,無論導體截面如何以及溫度如何分布,將不產生接觸電勢,溫差電勢相抵消,回路中總電勢為零。

可見,熱電偶必須由兩種不同的均質導體或半導體構成。若熱電極材料不均勻,由于溫度梯存在,將會產生附加熱電勢。

2,中間導體定律

在熱電偶回路中接入中間導體(第三導體),只要中間導體兩端溫度相同,中間導體的引入對熱電偶回路總電勢沒有影響,這就是中間導體定律。

應用:依據中間導體定律,在熱電偶實際測溫應用中,常采用熱端焊接、冷端開路的形式,冷端經連接導線與顯示儀表連接構成測溫系統。

有人擔心用銅導線連接熱電偶冷端到儀表讀取mV值,在導線與熱電偶連接處產生的接觸電勢會使測量產生附加誤差。根據這個定律,是沒有這個誤差的!

3,中間溫度定律

熱電偶回路兩接點(溫度為T、T0)間的熱電勢,等于熱電偶在溫度為T、Tn時的熱電勢與在溫度為Tn、T0時的熱電勢的代數和。Tn稱中間溫度。

應用:由于熱電偶E-T之間通常呈非線性關系,當冷端溫度不為0攝氏度時,不能利用已知回路實際熱電勢E(t,t0)直接查表求取熱端溫度值;也不能利用已知回路實際熱電勢E(t,t0)直接查表求取的溫度值,再加上冷端溫度確定熱端被測溫度值,需按中間溫度定律進行修正。初學者經常不按中間溫度定律來修正!

4,參考電極定律

這個定律是專業人士才研究、關注的,一般生產、使用環節的人士不太了解,簡單說明就是:用高純度鉑絲做標準電極,假設鎳鉻-鎳鉻熱電偶的正負極分別和標準電極配對,他們的值相加是等于這支鎳鉻-鎳鉻的值。


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